Truri Statistikor: Si Parashikojmë Modelet në Seritë e Tingujve

Imagjinoni të dëgjoni një muzikë ritmike dhe, papritur, disa rrahje të zhduken. Edhe pse kështu, truri juaj vazhdon të përcjellë ritmin dhe plotëson boshllëqet, sikur të dinte ku duhet të jetë rrahja e ardhshme. Ky fenomen është thelbësor për shumë aktivitete të përditshme, si ndjekja e një ritmi të këngës, kuptimi i asaj që dikush po thotë në mjedise të zhurmshme dhe parashikimi i rrjedhës së një bisede. Por si organizon truri këto informacione për të parashikuar modelet në sekuenca tingujsh?

Me mbështetjen e Qendrës së Kërkimit, Inovacionit dhe Shpërndarjes në Neuromatematikë (NeuroMat), e Universitetit të São Paulos, kemi grumbulluar një ekip multidisiplinar, nga institucione të ndryshme, për të hetuar këtë çështje. Studimi, i publikuar kohët e fundit në revistën PLoS Computational Biology, analizoi se si truri percepton modelet ritmike në sekuenca tingujsh me ngjarje të rastësishme.

Një eksperiment bazuar në ritëm

Për të testuar perceptimin ritmik, kryem një eksperiment me 19 pjesëmarrës, të cilët dëgjuan sekuenca duarsh duke simuluar ritme të ngjashme me samban. Disa rrahje u hoqën në mënyrë të rastësishme për të krijuar një stimuj të papritur. Gjatë dëgjimit të sekuencës ritmike, regjistruam aktivitetin elektrik të trurit të pjesëmarrësve përmes elektroencefalogramit(EEG), duke lejuar analizimin e mënyrës sesi sistemi nervor përpunon këto sekuenca të ndryshme.

Ekipi i EEG-së lejon matjen e aktivitetit elektrik të trurit përmes elektrodave të vendosura në lëkurën e kokës së pjesëmarrësit. Kështu, mundësojmë të vërejmë si ndryshon aktiviteti i trurit ndërsa pjesëmarrësi dëgjon radhën e zërave.

Për të analizuar këto sinjale, përdorim një qasje inovative. Studimet e mëparshme u bazuan në metoda statistikore tradicionale që supozonin se si duhet të ndryshojë aktiviteti elektrik i trurit gjatë dëgjimit të radhëve të zërave. Teknikat tona lejuan të identifikohen modelet që dalin drejtpërdrejt nga perceptimi ritmik nga truri.

Përdorim një metodë matematikore të quajtur grupimi, e cila grupon përgjigjet e ngjashme nervore në kategori. Kjo qasje zbuloi momentet kur truri perceptoi një model ritmik që lejon parashikimin e goditjes së ardhshme, edhe në prezencën e ndërprerjeve të papritura.

Si parashikon truri goditjet?

Rezultatet treguan se truri përdor goditjet më të forta si pika referimi për të segmentuar radhën e zërit në blloqe më të vogla, duke e bërë më të lehtë parashikimin e ngjarjes së ardhshme. Ky përpunim ndodh kryesisht në rajonin para-frontal të trurit, me një dominancë të lehtë të hemisferës së djathtë.

Për më tepër, studimi forcon hipotezën se truri funksionon si një statistik i natyrshëm. Ai nuk vepron vetëm në përgjigje të stimujve të zërit, por gjithashtu parashikon atë që do të vijë pas, duke llogaritur probabilitetet bazuar në atë që është dëgjuar tashmë dhe duke rregulluar parashikimet e tij ndërsa ritmi zhvillohet. Ai identifikon modelet e fshehura dhe organizon tingujt në një mënyrë të parashikueshme.

Truri si një makinë statistikore

Studimi ynë kontribuon në konjekturën e trurit statistik të zhvilluar nga NeuroMat, ku truri është një përpunues statistik i sofistikuar. Sipas kësaj teorie, ai vazhdimisht llogarit probabilitetin e ngjarjeve të ardhshme bazuar në përvojat e mëparshme.

Embrioni i hipotezës së trurit si makinë statistikore lind në shekullin XIX. Fizikani, mjeku dhe matematicieni Hermann von Helmholtz ishte ai që e zhvilloi për herë të parë në veprën e tij “Trajtati i optikës fiziologjike”, të vitit 1866. Helmholtz besonte se truri kryente “përfundim të pavetëdijshëm”, duke përdorur njohuri paraprake dhe përvoja të kaluara për të interpretuar stimuj të ndërlikuar sensorialë.

Madje edhe pa gjuhën moderne probabilistike, përfundimi i pavetëdijshëm tashmë supozonte që truri formulohej hipóza dhe korrigjonte interpretimet bazuar në rregullsi dhe përvoja. Por përfundimi statistik është i nevojshëm për një model probabilistik.

Më shumë se një shekull më vonë, NeuroMat publikoi, në 2019, një artikull ku u zhvillua një kornizë konceptuale matematikore për të hetuar aspektet statistikore të trurit. Pas kësaj, propozuam një klasë modelet të afta të përshkruajnë matematikisht sekuencat e zërit me rastësi. Kështu, mundëm të përshkruajmë saktësisht strukturën statistikore të sekuencës së samba-s dhe të kërkojmë këtë strukturë në të dhënat e mbledhura nga truri.

Nga ky eksperiment i parë, filluam të zhvillojmë konjekturën e trurit statistik. Zhvilluam, për shembull, lojën e portierit — një eksperiment elektronik ku lojtarit i duhet të mbrojë një sekuencë penalltish ku pozicioni i topit përcaktohet nga një lidhje stochastike me kujtesë të gjatë të ndryshueshme, në të cilën drejtimi i goditjes së ardhshme ndikohet nga goditjet e mëparshme, dhe pjesa më e madhe e këtyre drejtimeve është produkt i eksperimenteve të rastësishme. Prandaj, lojtarit i duhet të kuptojë strukturën e sekuencës për të mbrojtur sa më shumë penallti.

Përparimet e reja në neuroshkencë, me zhvillimin e modeleve të reja matematikore dhe protokolleve eksperimentale, po forcojnë gjithnjë e më shumë tezën e trurit si një makinë për përfundime bazuar në përvojat e tij të kaluara.

Ky mekanizëm natyral dhe ekonomik i parashikimit mund të ketë implikime në kuptimin e perceptimit muzikor dhe të përpunimit dëgjimor në përgjithësi. Hetime të ardhshme mund të eksplorojnë se si ndikojnë llojet e ndryshme të ritmeve ose modeleve në përpunimin e trurit.

Këto zbulime mund të zbatohen, për shembull, në zhvillimin e algoritmeve të aftë të gjenerojnë muzikë të re, duke përdorur modelet e identifikuara nga truri për të zgjedhur notat dhe ritmet e tij, në rehabilitimin dëgjimor ose në zhvillimin e ndërfaqeve tru-maqinë të bazuara në ritëm, ose teknika që lejojnë përdorimin e aktivitetit të trurit për të kontrolluar kompjuterët.